JP2002295160A - 地盤穿孔機の穿孔装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】騒音発生の少ない、簡素化され、低コストの図
られた地盤穿孔機の穿孔装置の提供。 【解決手段】 地盤に対し進退自在に移動可能な走行フ
レームを有する穿孔機械に設けられる穿孔装置であっ
て、この走行フレーム４に回転自在且つ回転軸線方向に
移動可能に支持され先端にボーリングロッド７を取り付
けるシャンクロッド２１と、走行フレーム４に設けられ
シャンクロッド２１に回転力を付与するための回転駆動
装置５と、走行フレーム４に設けられシャンクロッド２
１に軸線方向の起振力を往復振動力として付与するため
のもので、作動油が供給される２つの油室を有する油圧
シリンダ６と、この油圧シリンダ６の２つの油室に交互
に作動油を供給し往復振動を制御する方向切換弁９と、
シャンクロッド２１とシリンダ６を結合するナット体４
９またはカップリング４８とからなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤穿孔装置に関
する。更に詳しくは、地盤穿孔機に設置される穿孔装置
で、穿孔工具に油圧駆動により軸線方向に起振力を与え
ながら回転掘削する方式の穿孔装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤改良等の土木工事においては、表土
に水平、傾斜あるいは垂直に穴を掘削している。この掘
削は、土に振動を加えると土を構成する土粒子間の結合
が一時的かつ急激に低下し、砂質土においては流化現象
を起こし、また粘性土では鋭敏化現象を起こすことを利
用している。

【０００３】このように振動を利用する工法では、穿孔
装置に対する土の抵抗をいかに軽減するかまた騒音を軽
減するか、さらに、いかに簡素化するかに考慮すべきポ
イントがある。振動を加えた場合の土の性質、穿孔装置
の形状等、偏心モーメント、振動数、重量等に影響を受
ける起振力、振幅、振動加速度といった条件に左右され
る。

【０００４】これらの技術条件を考慮して従来の穿孔装
置には、例えばビット（穿孔工具）に回転掘削力を与え
るものや、軸線方向に衝撃力を与えるもの等があり、さ
らに、掘削効率を上げるため、回転式および衝撃式のも
のを組み合わせ、穿孔工具に回転と衝撃荷重を加える穿
孔装置も提案されている。しかし、構造が複雑で高コス
トになる傾向にあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これら従来の問題点を
解決するため、同一出願人は、特許第２５２７６７４号
を提案している。この発明は、上記特許の穿孔技術内容
に問題点を解決するための改良技術を加えたものである
が、さらに技術改良が望まれていた。本発明は上述のよ
うなことを考慮し、次の目的を達成するものである。

【０００６】本発明の目的は、構造が簡素で、低コスト
化を図り掘削効率を高めた地盤穿孔機の穿孔装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の地盤穿孔機の穿
孔装置は、地盤に対し進退自在に移動可能な走行フレー
ムを有する穿孔機械に設けられる穿孔装置であって、こ
の走行フレームに回転自在且つ回転軸線方向に移動可能
に支持され先端に穿孔工具を取り付ける工具支持部材
と、前記走行フレームに設けられ前記工具支持部材に回
転力を付与するための回転駆動装置と、前記走行フレー
ムに設けられ前記工具支持部材に軸線方向の起振力を往
復振動力として付与するためのもので、作動油が供給さ
れる２つの油室を有する油圧駆動装置と、この油圧駆動
装置の２つの油室に交互に作動油を供給し往復振動を制
御する油圧制御装置と、前記工具支持部材と前記油圧駆
動装置を結合する連結手段とからなっている。

【０００８】また、前記油圧駆動装置は、シリンダとピ
ストンを有する油圧シリンダで構成され、前記ピストン
が前記走行フレームに固定された前記シリンダ内を軸線
方向に摺動する装置であることを特徴としており、構成
を簡素化するのに効果的である。

【０００９】さらに、前記油圧駆動装置は、シリンダと
ピストンを有する油圧シリンダで構成され、前記シリン
ダが前記走行フレームに固定された前記ピストン上を軸
線方向に摺動する装置であることを特徴としており、構
成を簡素化するのに効果的である。

【００１０】前記油圧駆動装置が往復振動力を付与され
たとき振動を吸収する防振体を、前記油圧駆動装置と前
記走行フレームの間に設けたことを特徴としており、防
振効果がある。

【００１１】さらに、前記連結手段は、前記油圧駆動装
置と前記工具支持部材を相対回転可能に結合するカップ
リングで構成されていることを特徴としており、油圧駆
動装置に回転のための負荷を与えないで前記工具支持部
材を回転駆動するのに効果的である。

【００１２】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］以下、本発明の
実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の
地盤穿孔装置を搭載した地盤穿孔機１の全体正面図であ
る。地盤穿孔機１は無限走行帯で走行できるタイプのも
ので、凹凸のある地面であっても移動ができ、どの場所
においても地盤改良等の工事を行うことができる。

【００１３】前記地盤穿孔機１において、地面に対し垂
直になっている固定フレーム２に、本発明の穿孔装置３
が走行フレーム４を介して上下方向移動自在に搭載され
ている。この固定フレーム２は、垂直方向のみならず水
平方向等を含めて任意の角度に向きを変えることができ
る。この固定フレーム２上に地盤方向に向かって進退自
在に走行フレーム４が搭載され、この走行フレーム４に
穿孔装置３が固定されている。従って、穿孔装置３も向
きを変えることができ、地盤に対し任意の角度で穿孔す
ることができる。

【００１４】図２は本発明の穿孔装置３の詳細構造を示
した断面図である。この穿孔装置３は、回転駆動装置５
と起振装置である油圧駆動装置６とを含んでいる。地盤
穿孔装置３は、固定フレーム２に跨って走行する走行フ
レーム４に搭載され、この固定フレーム２に沿って移動
自在になっている。走行フレーム４は、フィードチェー
ンこの穿孔装置３は、主として回転駆動装置５と油圧駆
動装置６で構成されている。

【００１５】走行フレーム４は、図示していないが複数
のローラを介して固定フレーム２に走行自在となってい
る。固定フレーム２は地盤穿孔機１に設けられており、
走行フレーム４が移動するときは、固定フレーム２の起
伏シリンダ等はロックされるので地盤穿孔機１と一体に
なる。従って、固定フレーム２は走行フレーム４が作動
するときには、地盤穿孔機１と一体に固定されることに
なる。

【００１６】送りシリンダ（図示せず）は固定フレーム
２に固定されており、このピストンが走行フレーム４に
連結されている。従って、送りシリンダを作動させるこ
とにより、走行フレーム４は固定フレーム２上を上下方
向に駆動制御される。このために送りシリンダを作動さ
せることにより、最大で地盤穿孔機１の前部が浮き上が
るまで走行フレーム４を下方に加圧することができる。
穿孔装置３に取り付けたボーリングロッド７（本例では
穿孔工具も含む。）を引き抜くときには、送りシリンダ
を逆に作用させて行う。

【００１７】なお、走行フレーム４は駆動モータからス
プロケットを介して駆動されるフィードチェーン（図示
せず）によって走行し、これにより、穿孔装置３全体が
掘削進行方向前後に移動し、ボーリングロッド７の地盤
への送りおよび引き抜きを行うものであっても良い。

【００１８】この固定フレーム２は地盤穿孔機１にリン
ク機構で連結しており、油圧シリンダの作動で回動す
る。また、この固定フレーム２は、掘削作業中は地盤に
停止した状態を維持しているが、掘削準備中は地盤穿孔
機１の起伏油圧シリンダ、無限走行帯等の作動によって
地盤から離し、向きを変えたり移動させたりする。な
お、垂直に掘削するときは、油圧駆動装置６の重量、回
転駆動装置５の重量やボーリングロッド７等の重さ、更
には前述したように地盤穿孔機１の重量で地中に加圧さ
れるので、フィードチェーンによる送りの負担は軽くな
る。

【００１９】回転駆動装置５については、前述した特許
第２５２７６７４号に詳細が説明されている。その構成
は図２に示すとおりである。主軸ハウジング１５内に内
歯１６および外歯１７を有するリングギア１８がベアリ
ングを介して回転自在に収容されている。主軸を構成す
るシャンクロッド（工具支持部材）２１が主軸ハウジン
グ１５を貫通して配置され、このシャンクロッド２１は
リングギア１８の内歯１６に嵌合するスプライン２２を
有し軸線方向に移動自在となっている。

【００２０】主軸ハウジング１５には複数の駆動モータ
２４が固定され、各出力軸２５が主軸ハウジング１５内
に突入している。この出力軸２５の先端に設けられたピ
ニオン２６がリングギア１８の外歯１７と噛み合い、シ
ャンクロッド２１が回転駆動される。

【００２１】次に起振装置である油圧駆動装置６につい
て説明する。油圧駆動装置６は、油圧シリンダで構成さ
れシリンダ体３０が走行フレーム４側に防振体３１を介
して支持され、シリンダロッド３２の端部がシャンクロ
ッド２１に連結されている。シリンダ体３０内にシリン
ダロッド３２のピストン３３が摺動自在且つ回転自在に
収容されている。このピストン３３によって区画された
２つのシリンダ室３０ａ，３０ｂにポート３４ａ，３４
ｂを経て圧油が所定の周波数で各シリンダ室３０ａ，３
０ｂに交互に供給され、これによりシャンクロッド２１
は軸線方向に振動する。

【００２２】シャンクロッド２１は、後述するように起
振力を受けながら、地盤に押し込まれる。シリンダ室３
０ａ，３０ｂへの圧油の供給制御は、油圧制御装置８の
方向切換弁９（図８参照）によってなされる。方向切換
弁９は、ロータリー式の弁であり、例えばドイツ国ＳＩ
ＲＥＸ社製のロータリー式インパルス発生機が用いられ
る。図８は、この方向切換弁９による振動発生の原理を
模式的に示している。

【００２３】油圧ユニット１０から供給される圧油は、
方向切換弁９のケーシング８５のＰポートからロータ８
６の中央に設けられたリング状溝８７に入り、さらに、
リング状溝８７から左右に延びている往きのスロット８
８，８９に流れる。そして、ロータ８６は、モータによ
って回転しているので、左のスロット８８がＡポートと
一致したときに、圧油はＡポートからシリンダ室３０ａ
側に流れ込む。

【００２４】同時にシリンダ室３０ｂ側から押し出され
た圧油は、Ｂポートから戻りのスロット９２を通りＴ１
ポートを経て油圧ユニット１０のタンクに戻る。このと
き、ピストン３３は右側に移動する（図８（ａ）参
照。）。ロータ８６の回転が進むと、ポンプからの圧油
は右のスロット８９を通りＢポートからシリンダ室３０
ｂ側に入り、押し出されたシリンダ室３０ａ側の圧油は
Ａポート、帰りのスロット９３、Ｔ２ポートを経てタン
クへ戻り、このときピストン３３は左側に移動する（図
８（ｂ）参照。）。

【００２５】このように、ロータ８６の回転により交互
に流路を切り換えてピストン３３を左右に移動させ振動
を発生させる。この場合、振動数はロータ８６に設けら
れたスロットの数とロータ８６の回転数の積で決まる。
なお、使用する油圧駆動装置６は、ボーリング孔径、掘
進速度、対象地盤の土質によって仕様が異なるが、油圧
Ｐ＝１４Ｍpa、振動数５００〜２０００ｃｐｍ、振幅５
〜２０ｍｍの各範囲から選択される。

【００２６】前述の振動発生の原理の説明で、模式的に
油圧制御装置８から油圧駆動装置６へ圧油が直接供給さ
れることで説明したが、実施の形態においては、スイベ
ルジョイント１１を介している。これはピストン３３が
軸線方向に移動するとともに回転もするためである。走
行フレーム４に取り付けられたスイベルジョイント１１
のポート３５ａ、及びポート３５ｂから振幅に合わせた
空間部を介してシリンダロッド３２のポート３４ａ、及
びポート３４ｂに供給される。

【００２７】ポート３４ａから供給された圧油はシリン
ダ体３０のシリンダ室３０ａ側に、ポート３４ｂから供
給された圧油はシリンダ体３０のシリンダ室３０ａ側に
送り込まれ、ピストン３３を振動方向に移動させる。ま
た、このピストン３３は回転駆動装置５により回転もす
る。ピストン３３とシリンダ体３０の間には一方の油室
から他方の油室に圧油がもれるのを防ぎ且つ回転に耐え
るシール部材３６が取り付けられている。ピストン３３
の回転数は通常は１０rpm程度であり、軸受（図示せ
ず）等と併用すれば、摩耗、シール性能上の問題はな
い。

【００２８】また、シリンダ体３０と走行フレーム４と
の間に防振体３１が設けられ、横振れを吸収している。
この防振体３１は防振ゴムで構成されている。防振ゴム
以外にバネ状のものであってもよい。このように油圧駆
動にした場合は、部品点数も少なく構造が簡素で、低コ
ストで構成することが可能である。

【００２９】図３は、構造をさらに簡素化し、また、油
圧駆動による地盤押し付けの反力を走行フレーム４で受
ける構成にしたものである。即ち、シリンダの重量が小
さい場合などにピストン４０が起振動作で地盤を押し付
ける際、シリンダ体４１が反力で浮き上がってしまうお
それがあるので、これを防止することを考慮したもので
ある。シリンダ体４１を走行フレーム４に直接取り付け
た構成にし、圧油供給のポート４１ａ、及びポート４１
ｂをこのシリンダ体４１に設けている。

【００３０】図３の構成の場合、ピストン４０を地盤側
に押し付ける油圧面積がピストン４０を戻す側の油圧面
積より大きくなっている。この結果、地面側に対しては
大きい力の振動力を与えられることになり、戻りの場合
は戻り側の油圧面積は小さいので、押し付け方向より早
く戻ることになる。圧油の供給装置と制御装置の接続等
については前述同様である。

【００３１】またこの構成もピストン４０はシリンダ体
４１に対して、軸方向に振動動作を行うことも回転動作
を行うことも可能である。走行フレーム４は、油圧駆動
装置６の駆動力より大きい力で地盤側に押し付けられる
ようになっている。図３には、油圧による場合の送り装
置４２が設けられ、送りシリンダ体４３が地盤穿孔機１
の固定フレーム２に、また、シリンダロッド４４が走行
フレーム４に取り付けられている。

【００３２】この送り装置４２は２つ有し、対をなして
シャンクロッド２１の軸線と平行に設けられている。こ
の送り装置４２の作動により走行フレーム４が昇降し、
この走行フレーム４に取り付けられているシャンクロッ
ド２１の地盤への送り、及び引き上げがなされる。走行
フレーム４に、起振装置として油圧駆動装置６を適用し
たことは、それ自体防振機能を有しているので、多少の
振動はこの油圧駆動装置６で吸収可能である。

【００３３】さらに確実に防振させるための例として、
図３の装置に防振ゴム４５を設けた例が図４である。シ
リンダ体４１の外壁と走行フレーム４のステイ状部との
間に防振ゴム４５を取り付けた構成である。この場合シ
リンダ体４１と走行フレーム４との間にずれることが可
能な程度に隙間が設けられて、シリンダ体４１が走行フ
レーム４に対し横ズレができるようになっている。従っ
て、シリンダ体４１は走行フレーム４に対し相対移動が
可能である。

【００３４】次にシリンダのピストン４６を往復移動の
みで回転動作をさせない場合の例を図５に示す。ピスト
ンとシリンダ間のシール部材３６は往復移動と回転動作
の両方を完全な状態で必ずしもトラブルなく安定的に満
足させるとは限らないので、安全のため回転動作のみを
切り離し別構造としたものである。図５はシャンクロッ
ド２１と油圧駆動装置６との連結構造を示している。シ
ャンクロッド２１は連結ロッド４７（連結部材）、及び
カップリング４８（連結部材）を介して油圧駆動装置６
に連結されている。

【００３５】連結ロッド４７の先端にはねじが形成さ
れ、シャンクロッド２１の後端に設けられたねじとをナ
ット体４９（連結部材）によって結合されている。カッ
プリング４８は円筒形のカップリング本体５０を有し、
その後端の小径部５０ａにねじ孔が設けられていて、こ
のねじ孔にピストン４６の先端がねじ込まれている。連
結ロッド４７の後端にはフランジ５１が形成され、この
フランジ５１はカップリング本体５０に受け入れられて
いる。

【００３６】フランジ５１の前面側にスラスト軸受５２
が、後面側にアキシャル軸受５３がそれぞれ配置され、
連結ロッド４７はカップリング本体５０に対し回転自在
となっている。油圧駆動装置６で発生された起振力は、
アキシャル軸受５３、フランジ５１、スラスト軸受５２
で支持され、連結ロッド４７を介してシャンクロッド２
１に伝達される。

【００３７】また、このカップリング４８には、連れ回
りを防止するため、走行フレーム４に設けられたピン体
５４が、軸方向に設けられた溝５５に挿入している。さ
らに、図示していないが、ボーリング水のための孔を連
結ロッドの中心に設け、油圧駆動装置の上部からピスト
ン内を貫通させ水を供給させる構成は可能である。

【００３８】［実施の形態２］以上説明した構成のもの
は、シリンダ体を走行フレームに固定しピストンを往復
移動させる構成であったが、次に、逆にピストン側を固
定しシリンダ体を往復移動させる構成の例を説明する。
図６は、図３に対応し、図７は図４，図５に対応する。
ピストン６０のロッド６１を走行フレーム４に固定す
る。このピストン６０にぶら下がるような形で、シリン
ダ体６２が往復移動自在に設けられている。

【００３９】シリンダ体６２端部は軸体６２ａを構成し
シャンクロッド２１にナット体４９を介して連結してい
る。一方ピストン６０のロッド６１には圧油供給のため
のポート６１ａ，６１ｂが設けられ、前述同様に油圧ユ
ニット１０から油圧制御装置８を介して圧油が供給され
る。

【００４０】このような構成によりシリンダ体６２に起
振力が与えられる。送り装置は図示されていないが、図
３と同様な装置が取り付けられる。図７は、図６の構成
に防振体６３とカップリング４８を設けた場合の例であ
る。防振体６３はゴムで構成されロッド６１と走行フレ
ーム４間に設置されている。図では１個のみの図示であ
るが、振動方向を考慮して複数個バランスよく配置され
ている。

【００４１】また、ロッド６１と走行フレーム４との取
り付け部は、ずれる程度の隙間を有し相対移動が可能で
ある。一方シリンダ体６２のシャンクロッド２１側端部
には、カップリング４８が取り付けられ、このカップリ
ング４８に前述同様の構成で連結ロッド４７が相対的に
回転自在に設けられている。この連結ロッド４７にナッ
ト体４９を介してシャンクロッド２１が結合されてい
る。

【００４２】また、カップリング４８が走行フレーム４
に設けられたピン体５４によって連れ回りを防止する構
成は、前述同様である。図７の場合は、防振体６３とカ
ップリング４８を設けた構成になっているが、どちらか
一方のみの取り付けであってもよい。

【００４３】ボーリングロッド７及びシャンクロッド２
１には、回転駆動装置５により回転力が、油圧駆動装置
６により軸方向の起振力が加えられ、シャンクロッド２
１からボーリングロッド７にこれらの動力が伝達され
る。これによって、ボーリングロッド７は回転しながら
軸線方向に振動し、この振動によってボーリングロッド
７先端の周囲の土が緩み流動化現象を起こし、小さい掘
削抵抗のもとに掘削作業を行う。

【００４４】このためボーリングロッド７に大きな衝撃
を与えず、大きな騒音が発生しない。また作業中に地盤
等の形状によって穿孔装置３に外力が加わり、ボーリン
グロッド７の軸線方向を交叉する方向に振動が生じるこ
とがある。これを前記ゴムの設置により、振動、騒音の
発生を防止する。

【００４５】以上、この発明は地盤穿孔機１に適用する
ことで説明したが、単に地盤を穿孔するだけでなく、穿
孔しつつ破砕するための工具を備えた穿孔装置等にも適
用できることは言うまでもない。実施例に限定されるも
のではない。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、ボーリングロッド
に振動を与えつつ、回転させて掘削する装置の起振装置
を油圧方式としたので、防振効果があり、構成が簡素化
され、低コストの装置となった。また、防振体を設ける
ことも可能な構成にしたことにより、地盤工事等に伴っ
て発生する不特定ランダムな振動を防止することがで
き、また騒音の発生をも防止することができた。このた
め、住宅街の工事であっても、騒音等の心配をすること
なく、安定的に工事ができ、掘削効率を高めることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の地盤穿孔装置を搭載した穿孔
機械の全体正面図である。

【図２】図２は、本発明の穿孔装置の構成を示した断面
図で、シリンダを固定しピストンが往復動する状態の図
を示す。

【図３】図３は、図２の構成で他の実施例を示した断面
図で、送り装置を付与した状態を示す。

【図４】図４は、図２の構成で他の実施例を示した断面
図で、防振体を付与した状態を示す。

【図５】図５は、図２の構成で他の実施例を示した断面
図で、カップリングを付与した状態を示す。

【図６】図６は、本発明の他の実施例を示した断面図
で、ピストンロッドを固定しシリンダ体が往復動する状
態の図を示す。

【図７】図７は、図６の構成で他の実施例を示した断面
図で、防振体とカップリングを付与した状態を示す。

【図８】図８は、方向切換弁による振動発生原理を説明
するための図である。

【符号の説明】

１…地盤穿孔機 ２…固定フレーム ３…穿孔装置 ４…走行フレーム ５…回転駆動装置 ６…油圧駆動装置 ７…ボーリングロッド（穿孔工具） ８…油圧制御装置 ２１…シャンクロッド（工具支持部材） ２４…駆動モータ ３０、４１…シリンダ体 ３１…防振体 ３３、４０…ピストン ４７…連結ロッド（連結手段） ４８…カップリング（連結手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地盤に対し進退自在に移動可能な走行フレ
   ームを有する穿孔機械に設けられる穿孔装置であって、 この走行フレームに回転自在且つ回転軸線方向に移動可
   能に支持され先端に穿孔工具を取り付ける工具支持部材
   と、 前記走行フレームに設けられ前記工具支持部材に回転力
   を付与するための回転駆動装置と、 前記走行フレームに設けられ前記工具支持部材に軸線方
   向の起振力を往復振動力として付与するためのもので、
   作動油が供給される２つの油室を有する油圧駆動装置
   と、 この油圧駆動装置の２つの油室に交互に作動油を供給し
   往復振動を制御する油圧制御装置と、 前記工具支持部材と前記油圧駆動装置を結合する連結手
   段とからなる地盤穿孔機の穿孔装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の地盤穿孔機の穿孔装置に
   おいて、 前記油圧駆動装置は、シリンダとピストンを有する油圧
   シリンダで構成され、前記ピストンが前記走行フレーム
   に固定された前記シリンダ内を軸線方向に摺動する装置
   であることを特徴とする地盤穿孔機の穿孔装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の地盤穿孔機の穿孔装置に
   おいて、前記油圧駆動装置は、シリンダとピストンを有
   する油圧シリンダで構成され、前記シリンダが前記走行
   フレームに固定された前記ピストン上を軸線方向に摺動
   する装置であることを特徴とする地盤穿孔機の穿孔装
   置。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
   地盤穿孔機の穿孔装置において、 前記油圧駆動装置が往復振動力を付与されたとき振動を
   吸収する防振体を、前記油圧駆動装置と前記走行フレー
   ムの間に設けたことを特徴とする地盤穿孔機の穿孔装
   置。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
   地盤穿孔機の穿孔装置において、 前記連結手段は、前記油圧駆動装置と前記工具支持部材
   を相対回転可能に結合するカップリングで構成されてい
   ることを特徴とする地盤穿孔機の穿孔装置。